電池模塊的制作方法

專利名稱：電池模塊的制作方法
技術領域：
本申請一般涉及電池和電池系統領域。更具體地說，本申請涉及包裝、 連接和調整多個電池(例如，在電池組件或模塊中)的用于車輛的系統。
背景技術：
眾所周知，提供用于例如汽車的車輛中的電池。例如，鉛酸電池已經 被在啟動、點燃、以及點火應用過程中使用。近年來，混合動力車輛己經 被生產，混合動力車輛利用電池(例如，鎳金屬氫化物(NiMH)電池)與 其它系統(例如，內燃機)相結合為車輛提供動力。
可以有利地用于混合動力車輛中的電池系統的設計和管理涉及考慮例 如電性能監控，熱管理和流出物的容納(例如，可以從電池單元中排出的 氣體)。

發明內容
示例性實施涉及電池組模塊，電池模塊包括第一組電池，電池中的每 個具有第一端和第二端。第一端具有正極端子和負極端子。電池模塊還包 括第一框架元件和第二框架元件，第一框架元件被配置成接收電池的第一 端，第二框架元件與第一框架元件隔開并實質上平行于第一框架元件。第 二框架元件被配置成接收電池的第二端。電池模塊還進一步包括耦合至電 池的端子的元件。該元件包括多個耦合至該元件的第一側面的匯流排，匯 流排具有接收電池的端子的孔，其中單個匯流排將第一電池的端子連接到 第二電池的端子。示例性實施例涉及包括設置在車輛中的電池模塊的電池系統。電池模
塊包括多個電池，每個電池具有第一端和第二端，第一端具有正極端子和
負極端子。電池模塊還包括第一外部框架元件和第一內部框架元件，第一
外部框架元件被配置成接收電池的第一端，第一內部框架元件與外部框架
元件隔開并實質上平行于外部框架元件。內部框架元件被配置成接收電池
的第二端。電池模塊還進一步包括耦合至電池的端子的元件。該元件包括
耦合至該元件的第一側面的匯流排。匯流排具有接收電池的端子的孔。電
池系統進一步包括電池管理系統，電池管理系統鄰近車輛中電池模塊設置
并被配置成控制電池模塊的多個電池的充電水平和充電速率中的至少一 個。
示例性實施例涉及與電池模塊一起使用的元件，該元件包括基底、多 個耦合至基底的匯流排、和多個耦合至基底并配置成監控電池模塊的傳感 器。每個匯流排在該匯流排的第一端處具有接收電池的第一端子的第一孔， 并且在該匯流排的第二端處具有接收電池的第二端子的第二孔。配置該元 件以使多個匯流排可以同時被耦合至電池的端子。


圖1是根據示例性實施例的具有電池模塊的車輛的透視圖。
圖2是根據示例性實施例的具有電池模塊的車輛的一部分的透視圖。 圖3是根據示例性實施例的圖2中所示的車輛的部分的透視圖，其中 移除電池模塊的外殼示出內部部件。
圖4是圖3所示電池模塊的熱管理系統的一部分的透視圖。 圖5是圖3所示電池模塊的一部分的分解視圖； 圖6-7是圖3所示電池模塊的電池的透視圖。
圖8是圖3所示電池模塊的匯流排元件的頂視圖，示出集成傳感器的 使用。
圖9是圖3所示電池模塊的匯流排元件的底視圖，示出集成的匯流排。 圖IO是根據另一示例性實施例的車輛的透視圖。
具體實施方式
根據示例性實施例，提供一種電池系統，其中單個匯流板元件用于將 多個電池的端子連接在一起。布置電池，以形成中央氣室并配置成接收從 電池排出的氣體。在車輛中設置電池系統。在此描述的電池系統可以用于 任何多種應用，包括，例如，車輛例如混合動力電動車輛和插入式的電動 車輛和電動車輛。應當理解電池系統可以包含于多種車輛中，并且可以設 置在車輛內與圖中所示的位置不同的各種其它位置。例如，雖然圖中所示 電池系統位于后軸的上方時，根據其它示例性實施例，電池系統可以位于 前面的座位下，在座位后面，或任何其它合適的位置。
圖1是根據示例性實施例的具有設置在其中的電池模塊20的車輛10 (例如，混合動力電動車輛(HEV)或者插入式HEV (PHEV))的透視圖。 電池模塊或系統的尺寸、形狀和位置和車輛的類型可以根據多種其它示例 性實施例而變化。
在該方式的一個實例中，電池組件可以被集成到車輛內，根據圖10的 示例性實施例所示。如圖中所示，示出根據示例性實施例的車輛200 (例如 混合動力電動車輛)。車輛200包括電池系統210 (例如鋰離子電池系統)、 內燃機220、電動機230、功率分流設備240、發電機250、以及油箱260。 車輛200可以僅由電池系統210、僅由內燃機220，或者由電池系統210 和內燃機220兩者一起提供動力或者驅動。應當指出根據其它示例性實施 例可以使用其它類型的車輛和車輛電氣系統的結構。
現在參考圖l-9，示出電池系統8。電池系統8起到包裝、連接和調整 一系列電化電池22的作用并旨在被設置在車輛10中(例如，混合動力電 動車輛(HEV)或者插入式HEV (PHEV))。根據示例性實施例，電池系統 8設置在室或區域12中，該室或區域12 —般與車輛內部的其余剩余部分和 與外部環境分離。電池系統8包括電池模塊20 (例如電池組件)，電池模 塊20包括許多電化電池或電池22、框架元件24和26、匯流排面板(buss bar panels) 28、蓋30、以及外殼32。電池系統8還包括電池管理系統34、 變換器36、和繼電模塊38。電池系統8還包括熱管理系統以便于加熱和/ 或冷卻電池。可以通過增加電池22的數量來加長或縮短電池模塊以適應不 同車輛。
根據示例性實施例，該電化電池22 (例如圖6-7所示)大致是圓柱形的鋰離子電池并且被配置成儲存電荷。根據其它示例性實施例，電池可以 具有其它構造(例如，橢圓形、棱柱、多邊形等)。根據其它示例性實施 例，電池可以是鎳金屬氫化物、鋰離子聚合物或任何現在已知和將來發展 的其它合適類型的電化電池。
當參照

鋰電池和電池系統的特別的示例性實施例時，根據各 種其它示例性實施例可以使用任何多種鋰電池或者電池系統。例如，根據 各種示例性實施例，單獨的電池和/或模塊的物理構造可以根據設計目標和 考慮而變化，并且包含在系統或模塊中的電池的數量可以不同。
如圖6-7所示，每個電池22包括外殼或罩(例如，筒)40、負極端子 42，正極端子44、和通氣孔46。殼40—般是中空體，起到用于電池22的 內部部件(例如陽極、陰極、電解液等)的容器的作用并限定了電池22的 形狀。根據示例性實施例，負極端子42是金屬元件(例如，條、棒等)， 其被電耦合至設置在電池22內的陽極或負極(未示出)。正極端子44是 金屬元件(例如，條、棒等)，其被電耦合至設置在電池22內的陰極或正 極(未示出)。通氣孔46是允許電池22中的壓力和氣體的受控釋放的部 件或零件。根據示例性實施例，電池的負極端子42和正極端子44都在罩 40的一端上，而通氣孔46在罩40的與端子42和44相反的側面。根據示 例性實施例，電池22具有一個正極端子44和一個負極端子42。根據其它 示例性實施例，電池22可以包括不同數量的端子(例如，兩個負極端子和 /或兩個正極端子)或端子可以在電池22的相反側面上。
如圖3和5所示，框架元件24和26是設置基底的結構，電池模塊20 的其它部件被耦合或安裝到該基底上。電池模塊20包括兩個外框架元件26 和兩個內框架元件24，該兩個內框架元件24被布置成平行于外框架元件 26。內框架元件24被隔開形成中央室或中央充氣空間48。根據示例性實施 例，內框架元件24和外框架元件26實質上相似并包括多個被配置成接收 電池22的孔或開口 49。框架元件24和26定位并局部地約束電池22。根 據其它示例性實施例，內框架元件24和外框架元件26可以不同并包括獨 特結構來定位或連接電池22。
根據示例性實施例，電池22被布置成兩組(例如，包、堆、套、簇等)。 在內框架元件24和外框架元件26之間的空間中設置電池22,并且電池22被布置成使兩組通風部分46彼此面對以及面對中央充氣空間48。每組電池 包括兩偏置列的電池。電池22上的通氣孔46向內延伸過內框架元件24的 主體，并且端子42和44向外延伸過外框架元件26的主體。電池22的端 子42和44被耦合到匯流排元件28上的一個或多個導體50，匯流排元件 28被配置成電力地和機械地將電池22耦合在一起。
電池模塊20還可以包括蓋或防護件30。防護件30由一般非導電的材 料例如聚合物形成，并且被配置成保護并電絕緣端子42和44和圖5中示 出為螺母的固定元件54。絕緣該端子42和44降低了短路的機會。根據示 例性實施例并尤其參考圖5，每個防護件30覆蓋電池22的負極端子42和 正極端子44，并用卡扣配合保持在端子42和44上。在可選擇實施例中， 防護件30可以用合適的緊固件耦合到端子。
框架元件24和26、匯流排面板28、和電池22被封閉在外罩或外殼中。 框架元件24和26可以用螺栓或者其它合適的緊固的方法被耦合到外罩32 或室12或車輛10。根據一個示例性實施例，外罩32可以有允許內部部件 被看見的透明區域。根據其它示例性實施例，外罩32可以不包括任何透明 區域。外罩32實質上封閉電池模塊20，并且包括用于耦合到匯流排面板 28的熱管理系統、傳感器電纜和電源電纜的一個或多個幵口。
如圖4所示，冷卻流體(例如，空氣)通過外部入口 60進入熱管理系 統。根據示例性實施例，空氣被迫使進入有風扇(未示出)的入口60。根 據其它示例性實施例，熱管理系統可以依靠車輛10的移動迫使空氣流入入 口60。參照圖3， 一旦流體進入入口60，其行進通過管道系統62，該管道 系統62將流體流動分成兩股。管道系統62可以與車輛室12整體形成，因 此不需要額外的片或部件。管道系統62與外殼32中的開口連接，且流體 進入外框架元件26和內框架元件24之間的區域。流體經過電池22的上方 并從電池22吸收熱。冷卻流體通過外殼32中的一個或多個幵口 70從電池 模塊20的內部排出，并且進入容納電池模塊20和其它部件的室12。室12 還可以包括通氣孔或其它開口 64，以允許流體流出進入周圍環境。圖2可 見出口 64的一個實例。根據其它示例性實施例，可以在電池模塊20和周 圍環境之間設置關閉的導管系統。
從電池排出的氣體依靠電池22在電池模塊20中的定向被導向中央充氣空間48。根據示例性實施例，如圖2所示，在中央充氣空間48中排出的 氣體通過外殼32中的一個或多個開口 66排出電池模塊20。根據其它示例 性實施例，關閉的導管系統可以設置在電池模塊20和外部環境之間以保持 排出氣體與室12分開。
設置電池管理系統(BMS) 34來控制電池系統20的不同的方面。例如， BMS34可以起作用以控制系統中單獨電池22的充電水平和充電速率。BMS 34可以包括被配置成控制這種功能的各種電路和軟件。BMS的具體構造可 以根據各種示例性實施例變化，并可以包括配置成控制或監控電池系統的 不同的方面的任何多種特征。如圖所示，可以設置BSM 34為單獨的模塊。 根據其它示例性實施例，BMS可以被集成到外殼32內。
為電池模塊20設置伺服斷開開關68。當檢修模塊20時，伺服斷開開 關68被配置成將電池模塊20從高電壓或使用狀態轉變為降低的電壓或服 務狀態，旨在降低危險的電沖擊風險。根據一個示例性實施例，如圖3所 示，伺服斷開開關68可以設置在BMS34上或鄰近BMS34設置。根據另一 個示例性實施例，如圖2最佳所示，伺服斷開開關68可以設置在電池模塊 20的外殼上。可以配置外殼32,從而在伺服斷開開關68移動至服務或降 低的電壓狀態位置之前，不能打開外殼32。
參照圖5， 8和9，根據示例性實施例示出元件或構件(例如，匯流排 元件)28。具體參考圖8和9，元件28包括多個連接器或者匯流排50， 該多個連接器或者匯流排50通過緊固元件53被鉚接或其它方式耦合到一 般非導電的基底52。匯流排50被配置成將鄰近電池的端子耦合到一起或到 外部連接器。例如，匯流排50可以將第一電池22上的正極端子44耦合到 第二或鄰近電池22上的負極端子42或到外部連接器。可替換地，匯流排 50可以第一電池22上的負極端子42耦合到第二或鄰近電池22上的正極端 子44或到外部連接器。根據示例性實施例，匯流排50包括接收螺紋端子 42和44的孔或開口51。緊固元件54被用螺紋或其它方式耦合到端子42 和44，以將端子42和44耦合到匯流排50。根據其它示例性實施例，端子 42和44可以具有其它構造(例如，刀片型，光滑的柱等)。元件28被配 置成使得多個匯流排被同時地耦合到電池或者電化電池22 。
元件28還包括傳感器(例如，電壓傳感器，溫度傳感器等)，傳感器56、 74被耦合到基底52并與電池22連通。傳感器56、 74可以被電耦合到 匯流排50并監控電池模塊20。
元件28還可以包括一個或多個主連接器72。元件28還可以包括一個 或多個多銷連接器58。連接器58通過主連接器72被電耦合到傳感器56、 74，并被配置成接收電纜(未示出)。電纜將信號從傳感器56、 74傳遞或 傳輸到BMS 34。
元件28的集成特性(即將匯流排50、傳感器56， 74以及傳感器線結 合成單個部件)降低了電池模塊20的總部件數并簡化了電池模塊20的組 件。例如，無需將多個部件(例如，單獨匯流排、傳感器、線等)組裝到 模塊20，單個元件28 (具有所有連接到元件28的單獨部件)替代地在單 個動作中被耦合到模塊20。
應當指出說明書中所述的"前面"、"背面"、"更高"和"更低" 僅明確不同元件在圖中的方向，"前面"和"背面"是相對其中放置電池 組件的車輛。
為了本公開的目的，術語"耦合"是指兩個元件直接或間接彼此連接。 這種連接可以實質上是固定的或者實質上是可移動的。這樣的連接可以由 以下方式獲得兩個元件或者兩個元件和任何的其它中間元件彼此或者與 兩個元件整體形成單獨的單元體或者兩個元件和任何的其它中間元件彼此 連接。這樣的連接可以實質上是永久的，或者可以實質上是可移除或者可 釋放的。
應當注意各種示例性實施例中所示電池模塊的結構和布置只是說明性 的。雖然在說明書僅僅幾個本發明的實施例被詳細描述，審閱本發明的本 領域技術人員將容易理解可以有許多修改(例如，大小、尺寸、結構、形 狀和不同元素的比例、參數的值、安裝布置、使用的材料、顏色、方向上 的變化等)，而不實質上脫離在此所示的和描述的新穎的教導和優點。例 如，顯示為整體形成的元件可以由多個部分或元件(例如，外殼、框架元 件、匯流排面板等)構成，元件的位置可以是相反的或以其它方式變化(例 如，電池的方向)，并且分離的元件的性質或數量可以被改變或者變化(例 如，根據不同車輛的需要和空間限制，可以使用更多或更少電池)。因此， 所有的這種修改都旨在包含于所附的權利要求所限定的本發明的范圍內。根據可選擇實施例，任何過程或方法的順序或次序可以變化或重新排序。 可以在各種示例性實施例的設計、操作條件和布置上作其它替代、修改、 變化和省略，而不背離所附的權利要求限定的本發明的范圍。
權利要求
1、一種電池模塊，包括第一組電池，該電池中的每個具有第一端和第二端，該第一端具有正極端子和負極端子；第一框架元件，被配置成接收該電池的第一端；第二框架元件，與該第一框架元件隔開并實質上平行于該第一框架元件，該第二框架元件被配置成接收該電池的第二端；以及耦合至該電池的端子的元件，該元件包括多個耦合至該元件的第一側面的匯流排，該匯流排具有接收該電池的端子的孔，其中該單個匯流排將第一電池的端子連接到第二電池的端子。
2、 根據權利要求1的電池模塊，其中該元件進一步包括多個耦合至其 第二側面的傳感器。
3、 根據權利要求2的電池模塊，其中該傳感器是溫度傳感器。
4、 根據權利要求2的電池模塊，其中該傳感器是電壓傳感器。
5、 根據權利要求2的電池模塊，進一步包括第二組電池，具有第一端和第二端，該第一端具有正極端子和負極端子；第三框架元件，與該第二框架元件隔開并實質上平行于該第二框架元 件，該第三框架元件被配置成接收該第二組電池的第二端；以及第四框架元件，與該第三框架元件隔開并實質上平行于第三框架元件， 該第四框架元件被配置成接收該第二組電池的第一端。
6、 根據權利要求5的電池模塊，進一步包括在該電池的第二端上的通氣孔和中央室，該中央室位于該第二框架元 件和該第三框架元件之間并且被配置成接收從該電池的第二端通氣孔釋放的氣體。
7、 一種電池系統，包括 設置在車輛中的電池模塊并且包括第一多個電池，各具有第一端和第二端，該第一端具有正極端子 和負極端子；第一外部框架元件，被配置成接收該電池的第一端；第一內部框架元件，與該外部框架元件隔開并實質上平行于該外 部框架元件，該內部框架元件被配置成接收該電池的第二端；以及耦合至該電池的端子的元件，并且該元件包括耦合至該元件的第 一側面的匯流排，該匯流排具有接收該電池的端子的孔；以及電池管理系統，被鄰近該車輛中的該電池模塊設置并被配置成控 制該電池模塊的電池的充電水平和充電速率中的至少一個。
8、 根據權利要求7的電池系統，進一步包括熱管理系統，該熱管理系 統被配置成冷卻該電池模塊，該熱管理系統包括被配置成向該電池模塊輸 送冷卻流體的管道。
9、 根據權利要求8的電池系統，其中該電池模塊被設置在車輛室中， 該熱管理系統的管道與該車輛室整體形成。
10、 根據權利要求9的電池系統，進一步包括外殼，該外殼至少部分 地圍繞該電池模塊并被連接至該熱管理系統的導管，以便允許該冷卻流體 進入該外殼，該外殼還包括至少一個開口以允許來自該熱管理系統的冷卻 流體離開該電池模塊。
11、 根據權利要求10的電池系統，進一步包括該車輛室中的開口，從 而離開該電池模塊的冷卻流體可以離開該車輛室。
12、 根據權利要求ll的電池系統，還包括第二多個電池，其具有第一端和第二端，該第一端具有正極端子和負 極端子；第二內部框架元件，與該第一內部框架元件隔開并實質上平行于該第 一內部框架元件，該第二內部框架元件被配置成接收該第二多個電池的第 二端；第二外部框架元件，與該第二內部框架元件隔開并實質上平行于該第 二內部框架元件，該第二外部框架元件被配置成接收該第二多個電池的第 一端；以及中央室，位于該第一內部框架元件和該第二內部框架元件之間，該中 央室被配置成接收從該電池的第二端的通氣孔釋放的氣體。
13、 根據權利要求12的電池系統，其中該中央氣室被連接到該電池模 塊的外殼中的開口，從而從電池釋放的氣體可以離開該中央氣室。
14、 根據權利要求13的電池系統，其中該熱管理系統導管包括用于該 第一多個電池的第一部分和用于該第二多個電池的第二部分。
15、 根據權利要求10的電池系統，進一步包括伺服斷開開關，該伺服 斷卡開關耦合到該外殼并被配置成將該電池模塊從使用狀態轉變到伺服狀 態。
16、 根據權利要求15的電池系統，其中僅當該開關處于該伺服狀態時 可以移除該外殼。
17、 一種與電池模塊使用的元件，該元件包括 基底；多個耦合至該基底的匯流排，該匯流排中的每個具有在該匯流排的第 一端處以接收電池的第一端子的第一孔以及在該匯流排的第二端處以接收該電池的第二端子的第二孔；以及多個傳感器，耦合到該基底并被配置成監控該電池模塊；以及 其中，該元件被配置成使得多個匯流排可以被同時地耦合至該電池的 端子。
18、 根據權利要求17的元件，其中該匯流排被鉚接到該基底。
19、 根據權利要求17的元件，其中該傳感器是電壓傳感器。
20、 根據權利要求17的元件，其中該傳感器是溫度傳感器。
全文摘要
一種電池模塊，包括第一組電池，每個電池具有第一端和第二端。第一端具有正極端子和負極端子。電池模塊還包括第一框架元件和第二框架元件，第一框架元件被設計為接收電池的第一端，第二框架元件與第一框架元件隔開并基本平行于第一框架元件。第二框架元件被設計為接收電池的第二端。電池模塊還包括與電池端子連接的元件。該元件包括多個與該元件第一側連接的匯流排，匯流排具有接收電池端子的孔，其中單獨的匯流排將第一電池的端子連接到第二電池的端子。
文檔編號H01M2/10GK101622735SQ200880006036
公開日2010年1月6日 申請日期2008年1月4日 優先權日2007年1月5日
發明者D·B·特雷斯特, G·P·霍欽-米勒, M·泰格希克哈尼, S·J·伍德 申請人:江森自控帥福得先進能源動力系統有限責任公司